噬菌体克隆载体是怎样构成的？

构建基因文库的目的和意义？~

基因文库技术分离目的基因 所谓文库(1ibrary)是指一种全体的集合。基因文库(gene library)则是指某一生物类型全部基因的集合。这种集合是以重组体形式出现。某生物DNA片段群体与载体分子重组，重组后转化宿主细胞，转化细胞在选择培养基上生长出的单个菌落(或噬菌斑)(或成活细胞)即为一个DNA片段的克隆。全部DNA片段克隆的集合体即为该生物的基因文库。 构建基因文库的意义不只是使生物的遗传信息以稳定的重组体形式贮存起来，更重要的是它是分离克隆目的基因的主要途径。对于复杂的染色体DNA分子来说，单个基因所占比例十分微小，要想从庞大的基因组中将其分离出来，一般需要先进行扩增，所以需要构建基因文库。在很多情况下目的基因的分离都离不开基因文库。此外基因文库也是复杂基因组作图的重要依据。基因文库构建包括以下基本程序： ① DNA提取及片段化，或是cDNA的合成。 ② 载体的选择及制备。 ③ DNA片段或cDNA与载体连接。 ④ 重组体转化宿主细胞。 ⑤ 转化细胞的筛选。当获得了含重组体的宿主细胞时，即完成了基因的克隆。基因的克隆只是分离基因的基础，基因克隆后还要对克隆的基因进行分离，即利用各种手段把目的基因从文库中分离出来。分离出目的基因还必须对其进行必要的检测与分析：如进行序列测定，体外转录及翻译、功能互补实验等。通过这些实验确定出基因的结构及功能。到这时才能算分离到了目的基因。所以，基因的克隆、克隆基因的分离、分离基因的鉴定是利用基因文库技术分离目的基因的主要内容。一、基因文库的类别 1． 基因组文库与cDNA文库 根据基因类型，基因文库可分为基因组文库及cDNA文库。基因组文库是指将某生物的全部基因组DNA切割成一定长度的DNA片段克隆到某种载体上而形成的集合。 cDNA文库是指某生物某一发育时期所转录的mRNA经反转录形成的cDNA片段与某种载体连接而形成的克隆的集合。 基因组文库根据DNA来源又有核基因组文库、叶绿体基因组文库及线粒体基因组文库。 基因组文库与cDNA文库的区别在于cDNA文库是有时效性的。文库构建时的信息供体是某一时空条件下的细胞总mRNA，它是在转录水平上反映该生物在某一特定发育时期，某一特定组织(或器官)在某种环境条件下的基因表达情况，并不能包括该生物有机体的全部基因。在某种意义上讲它可以表现基因组的功能信息。再者，cDNA文库只反映mRNA的分子结构。cDNA中不含有真核基因的间隔序列及调控区，确切说cDNA并不是真正意义上的基因。基因组文库构建时遗传信息供体是基因组DNA，因而无发育时期及组织器官特异性，在一个完全的基因组文库中包含着基因组DNA上的所有编码区及非编码区序列的克隆。生物有机体的每一个基因在文库中都有其克隆，该克隆的基因片段里包括着间隔序列，所以基因组文库可真实地显示基因组的全部结构信息。目前这两类基因文库在基因工程中都得到有效应用。选择哪一种，主要是根据实验目的。在分离RNA病毒基因，研究功能蛋白序列，分离特定发育阶段或特定组织特异表达的基因时应构建cDNA文库。在研究mRNA分子中不存在的序列及基因组作图时必须构建核基因组文库。 2． 克隆文库及表达文库从基因文库的功能上看可分为克隆文库及表达文库。克隆文库由克隆载体构建。载体中具复制子、多克隆位点及选择标记，可通过细菌培养使克隆片断大量增殖。表达文库是用表达载体构建。载体中除上述元件外，还具有控制基因表达的序列(如启动子、SD序列、ATG、终止子等)，可在宿主细胞中表达出克隆片段的编码产物。表达载体又有融合蛋白表达载体及天然蛋白表达载体之分。 从克隆文库中分离目的克隆时主要利用核酸探针，可以是根据蛋白质序列合成的寡核苷酸探针，也可以是同种或同属生物的同源序列探针。从表达文库中分离目的克隆时，因克隆片段的表达产物蛋白质具有抗原性及生物活性，所以除核酸探针外，还可以利用免疫学探针及生物功能进行筛选。表达文库适合于那些不知道蛋白质的氨基酸序列、不能用核酸类探针筛选的目的基因的分离。 3．不同载体的基因文库 目前用于构建基因文库的载体主要有质粒、噬菌体、黏粒及人工染色体四大类。每类中又有许多不同的载体。不同的载体适于构建不同的基因文库。（1）． 质粒文库 质粒是最早用于基因克隆的载体。现已有各种适用于不同工作的如克隆、表达、测序等专用商品质粒。但在构建基因文库上，由于质粒相对较小并只能容纳比自身更小的片段，因此它不能用于构建核基因组文库，通常只用来构建短序列的克隆文库。例如叶绿体DNA分子较小，可以用质粒构建叶绿体DNA文库。质粒载体可用于生物cDNA文库构建。但只适合于高丰度的mRNA。（2）． 噬菌体文库 目前用于基因克隆的噬菌体载体及其衍生载体很多，如单链的M13噬菌体载体、λ噬菌体载体、P1噬菌体载体、噬菌粒(phagemid或phasmid)等。其中使用最多的是入噬菌体。 λ-DNA为双链结构，长49kb。线性分子两端各有一条12个核苷酸的黏性末端称cos位点。分子中有约15kb可去掉的非必要基因区，又称“填充区”， “填充区”两侧的序列含有其增殖所必需的全部基因，称为左、右臂。“填充区”可被外源DNA取代，构成重组体，这是它成为克隆载体的结构基础。由于噬菌体头部包装容量的限制，重组λ-DNA分子大小只能在39—52kb之间。（3）． 黏粒文库 黏粒(cosmid)也称柯斯质粒，是人工构建的由λ噬菌体的COS序列、质粒的复制子序列及抗生素抗性基因序列组合而成的一类特殊的质粒载体。COS序列是DNA包装进噬菌体颗粒所必须的。复制子通常是使用ColEl或pMBl的复制起始位点。黏粒具有λ噬菌体的某些性质，在克隆了大小合适的外源DNA片段并且在体外被包装成噬菌体颗粒后，能高效转导对入噬菌体敏感的大肠杆菌宿主细胞。在宿主细胞内按λ噬菌体方式环化，但不能通过溶菌周期，无法形成子代噬菌体颗粒(因分子中不具入噬菌体全部必要基因)。它也具有质粒载体的主要性质，在宿主细胞内可以像其他质粒一样复制，并与松弛型质粒相同，适量的氯霉素可促进扩增。因具抗生素基因，可以通过抗生素抗性筛选重组子。黏粒载体在构建时也加上了设在插入失活基因内的多克隆位点。黏粒载体的分子较小(2．8—24kb)，但克隆容量很高，对外源DNA长度的要求是30～45 kb，上限几乎是入噬菌体载体容量(23 kb)的2倍，所以黏粒载体在核基因组文库构建上具有相当的优势，可克隆包括3，和5’调控区在内的完整的植物基因。（4）．人工染色体文库 人工染色体载体是利用真核生物染色体或原核生物基因组的功能元件构建的能克隆大于50kbDNA片段的人工载体。其中有的载体既可用于克隆，又能直接转化，是进行基因功能研究的良好载体。近年来陆续发展起来的人工染色体文库有YAC库、BAC库、BIBAC库、PAC库及TAC库。二、核基因组文库构建核基因组文库构建主要使用λ噬菌体置换型载体或黏粒载体。 1． 随机文库克隆数目随机文库指代表基因组各部分DNA的摩尔数相等。对于随机文库: N = ln(1-P) ； ln（1-x/y） N：克隆数目 P：设定的概率值(如：0．99，表示在片段随机分布时，从文库中找到任一序列的概率不低于0．99) x：插入片段平均大小(15～20kb) y：基因组的大小(以kb计) 如果插入片段平均大小为20kb，某基因组大小为4X108bp，P = 0．99时，根据上式N = 1X105。含1XlO5个克隆的基因文库相当覆盖了5倍的基因组，在片段随机分布时，从文库中找到任一序列的概率不低于0．99。随机片段可通过机械切割或限制酶消化产生。机械切割法可获得较均一的随机片段，但片段不能直接用于克隆，需经末端修饰、甲基化，连上接头后再用限制性内切酶消化产生黏性末端。用限制酶消化的方法虽然可直接产生黏性末端，但片段的随机性较差，所以采用后种方法时，文库的克隆数目应大于计算值。三、利用PCR技术构建c DNA文库 cDNA文库构建的起始信息物质是mRNA。因此构建cDNA文库首先要考虑的问题是mRNA的含量及质量。生物细胞中mRNA含量较低。通常cDNA文库构建需要ug级的mRNA。对于低丰度的mRNA(<0．5％)，要通过富集或增大克隆数目来保证构建的文库中能够含有它们的克隆

①质粒：质粒是细菌染色体外遗传因子，DNA呈环状，大小为1-200千碱基对(kb)。在细胞中以游离超螺旋状存在，很容易制备。质粒DNA可通过转化引入寄主菌。在细胞中有两种状态，一是“紧密型”；二是“松弛型”。此外还应具有分子量小，易转化，有一至多个选择标记的特点。质粒型载体一般只能携带10kb以下的DNA片段，适用于构建原核生物基因文库，cDNA库和次级克隆。②噬菌体DNA：常用的λ噬菌体的DNA是双链，长约49kb，约含50个基因，其中50%的基因对噬菌体的生长和裂解寄主菌是必需的，分布在噬菌体DNA两端。中间是非必需区，进行改造后组建一系列具有不同特点的载体分子。λ载体系统最适用于构建真核生物基因文库和cDNA库。M13噬菌体是一种独特的载体系统，它只能侵袭具有F基因的大肠杆菌，但不裂解寄主菌。M13DNA(RF)在寄主菌内是双链环状分子，象质粒一样自主复制，制备方法同质粒。寄主菌可分泌含单链DNA的M13噬菌体，又能方便地制备单链DNA，用于DNA顺序分析、定点突变和核酸杂交。③柯斯(Cos)质粒：是一类带有噬菌体DNA粘性末端顺序的质粒DNA分子。是噬菌体－质粒混合物。此类载体分子容量大，可携带45kb的外源DNA片段。也能象一般质粒一样携带小片段DNA，直接转化寄主菌。这类载体常被用来构建高等生物基因文库。 DNA分子与载体分子连接是克隆过程中的重要环节之一，方法有：①粘性末端连接，DNA片段两端的互补碱基顺序称之为粘性末端，用同一种限制性内切酶消化DNA可产生相同的粘性末端。在连接酶的作用下可恢复原样，有些限制性内切酶虽然识别不同顺序，却能产生相同末端。②平头末端连接，用物理方法制备的DNA往往是平头末端，有些酶也可产生平头末端。平头DNA片段可在某些DNA连接酶作用下连接起来，但连接效率不如粘性末端高；③同聚寡核苷酸末端连接。④人工接头分子连接，在平头DNA片段末端加上一段人工合成的、具有某一限制性内切酶识别位点的寡核苷酸片段，经限制性内切酶作用后就会产生粘性末端。连接反应需注意载体DNA与DNA片段的比率。以λ或Cos质粒为载体时，形成线性多连体DNA分子，载体与DNA片段的比率高些为佳。以质粒为载体时，形成环状分子，比率常为1∶1。 ①直接筛选：有些载体带有可辨认的遗传标记，能有效地将重组分子与本底区分。例如：有些λ噬菌体携带外源基因后形成的噬菌斑就会从原来的混浊变为清亮；还有些载体分子携带外源基因后，形成的菌落或噬菌斑的颜色有明显变化，如蓝色变为无色；有些λ噬菌体能侵染甲菌而不能侵染乙菌，携带外源DNA片段后便能侵染乙菌，因此乙菌释放的噬菌体均为重组分子。②间接筛选：有引起载体分子带有一个或多个抗药性标记基因，当外源DNA插入到抗药基因区后，基因失活，抗性消失。如一质粒有A和B两个抗药性基因，当外源基因插入到B基因区后，便只抗A药而不抗B药。因此能在A药培养基上正常生长而不能在B药培养上生长的便是重组分子。③核酸杂交：广泛用于筛选含有特异DNA顺序的克隆。方法是将菌落或噬菌斑“印迹”到硝酸纤维膜等支持物上，变性后固定在原位，然后与标记的核酸探针进行杂交。阳性点的位置就是所需要的克隆。④免疫学方法：如果重组克隆能在宿主菌中表达，就可以用特异的蛋白质抗体为探针，进行原位杂交，选择特异的克隆。

（1）λ噬菌体克隆载体：λ噬菌体由DNA（λDNA）和外壳蛋白组成，对大肠杆菌具有很高的感染能力。λDNA在噬菌体中以线状双链DNA分子存在，全长48502bp。其左右两端各有12个核苷酸组成的5′凸出黏性末端（cohesive：end），而且两者的核苷酸序列互补，进入宿主细胞后，黏性末端连接成为环状DNA分子。把此末端称为emphasis：role=italiccosemphasis位点（cohesive：end：site）。

并且λDNA上约有20kb的区域，约占总长度13的区段对λ噬菌体的生长不是绝对需要的，可以缺失或被外源DNA片段取代，这就是用λDNA构建克隆载体的依据。构建λ噬菌体克隆载体的策略是：①用合适的限制性内切核酸酶切去λDNA上的部分或全部非必需区，相应保留这种酶的1个或2个识别位点作为克隆位点，并用点突变或甲基化酶处理等方法使必需区内的这种酶的识别序列失效，避免外源DNA片段插入必需区；②若有必要可在非必需区插入选择标记基因；③构建的λDNA载体不应小于36.4kb。

（2）λ噬菌体载体的主要类型：λ噬菌体载体分两类，即插入型载体和置换型载体。通过特定的酶切位点允许外源DNA片段插入的载体称为插入型载体（insertion：vectors）。由于λ噬菌体对所包装的DNA有大小的限制，因此一般插入型载体设计为可插入6kb外源DNA片段，最大11kb。允许外源DNA片段替换非必须DNA片段的载体，称为置换型载体。一般情况下，置换型载体克隆外源片段的大小范围是923kb，故而该载体主要用来构建基因组文库。λ-DNA作为载体的优点：①λ-DNA可在体外包装成噬菌体颗粒，能高效转染大肠杆菌；②λ-DNA载体的装载能力最大为25kb，超过质粒的装载量；③重组λ-DNA分子的提取和筛选较为方便；④λ-DNA载体适合克隆和扩增外源DNA片段，但不适合表达外源基因。

（3）λ噬菌体载体的主要应用：λ噬菌体载体属于克隆载体，主要用于克隆DNA片段、构建cDNA文库和基因组文库，并从中筛选目标基因，也可用在大容量载体（如黏粒）中增殖的外源DNA片段和亚克隆。

λ噬菌体载体克隆外源DNA片段的原理与质粒载体的工作原理是类似的，只是在形式上有许多差别。载体和外源DNA片段经过酶切以后，外源DNA片段插入到载体的适当位置，或置换载体的填充片段。这种连接后的重组DNA仍保留增殖性能，但由于分子量太大，不能像重组质粒DNA那样可通过转化方法进入大肠杆菌。一般可通过提取λ噬菌体的蛋白质外壳，将在体外重组的噬菌体DNA进行包装，形成噬菌体颗粒。这样的噬菌体颗粒保留对大肠杆菌的感染能力，从而可将被包装的重组噬菌体DNA注射到宿主菌中，通过宿主菌的裂解生长，可增殖重组噬菌体。在构建基因文库时，不同的重组噬菌体DNA经过裂解生长过程最终形成大量的噬菌斑，这些噬菌斑的集合，就构成了基因文库，用λ噬菌体载体构建基因文库时，文库是以噬菌斑的形式存在的，而质粒载体构建的文库是以菌落的形式存在的。λ噬菌体载体用转导法可使1μg重组DNA分子获得10superscript6superscript个以上的噬菌斑，适合用于建立cDNA基因文库，也可用于克隆外源目的基因。

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米易县15861008735： DNA克隆载体有哪些重要结构元件 - ？
闳缸泌淋：[答案] 克隆载体主要包括质粒载体和噬菌体载体. 质粒载体需要:1. 起始位点;2. 两种遗传性标记,如Amp或LacZ;3. 多克隆位点(MCS). 噬菌体载体,这里主要说伽马噬菌体载体,其需要:1. 起始位点;2,复制外壳蛋白的基因;3,互补单链粘性末端(...

米易县15861008735： 基因文库是怎么回事? - ？
闳缸泌淋： 基因文库简单说就是将细胞中的所有DNA用酶切成小片段,并将每一段利用载体转入宿主细胞中,这样经过培养后,每一个菌株都含有一小段DNA,再利用特殊方法将要检查的目的基因挑选出来菌株,提取DNA后进行测序, 之所以用基因文库是因为,直接测基因组DNA,太大了,测不准,而利用载体进入宿主细胞之后,DNA片段可以随宿主细胞一起复制,可以得到很多相同的拷贝,方便检查

米易县15861008735： 噬菌粒载体是由噬菌体和质粒载体重组而成的么 - ？
闳缸泌淋： 噬菌粒是一类人工构建的含有单链噬菌体包装序列、复制子以及质粒复制子、克隆位点、标记基因的特殊类型的载体.它是包含了丝状噬菌体大间隔区域的质粒,是一种双链质粒,含噬菌体来源的复制子,在细菌的细胞中出现有辅助噬菌体的情况下,可被诱导成单链DNA噬菌粒,同时具有噬菌体和质粒的特征,可以像噬菌体或质粒一样复制.它兼具丝状噬菌体与质粒载体的优点. 噬菌粒具有以下令人瞩目的特征:1.双链DNA既稳定又高产,具有常规质粒的特征;2.免除了将外缘DNA片段从质粒亚克隆于噬菌体载体这一繁琐又费时的步骤;3.由于载体足够小,故可得到长达10kb的外源DNA区段的单链.

米易县15861008735： λ噬菌体的整合反应需要什么 - ？
闳缸泌淋： λ噬菌体的整合反应需要 λ噬菌体编码λ整合酶.λ噬菌体,一种大肠杆菌双链RNA噬菌体. λ噬菌体的分子量为 31 *106dal,是一种中等大小的温和噬菌体.迄今已经定位的λ噬菌体的基因至少有61个,其中有一半左右参与了噬菌体生命周期的活动...

米易县15861008735： 为什么构建基因文库 - ？
闳缸泌淋： (1). 质粒文库 质粒是最早用于基因克隆的载体.现已有各种适用于不同工作的如克隆、表达、测序等专用商品质粒.但在构建基因文库上,由于质粒相对较小并只能容纳比自身更小的片段,因此它不能用于构建核基因组文库,通常只用来构建短...

米易县15861008735： 怎么把目的基因导人噬菌体 - ？
闳缸泌淋： 呵呵,最近怎么这么多人问噬菌体啊... 用λ噬菌体做为载体. 1. BamH1酶解载体DNA,回收λ噬菌体DNA基因组的长臂与短臂 2.同样用BamH1或其他适合的酶酶解基因并回收目的片段 3.用碱性磷酸酶处理以防止片段间相互连接. 4. 臂与目...

米易县15861008735： 噬菌体与cos作载体有何区别是噬菌体载体与和os载体的区别,指这两个载体的区别. - ？
闳缸泌淋：[答案] 1.噬菌体载体 噬菌体(phage)是感染细菌的一类病毒,有的噬菌体基因组较大,加入λ噬菌和T噬菌体等;有的则较小,如M13、f1、fd噬菌体等.用感染大肠杆菌的λ噬菌体改造成的载体应用最为广泛. λ噬菌体由头和尾构成,其基因组是长约49kb的...

米易县15861008735： 克隆的主要载体有哪些类型? - ？
闳缸泌淋： 载体(Vector)是把外源DNA(目的基因)导入宿主细胞,使之传代、扩增、表达的工具.载体有质粒(plasmid)、噬菌体、单链丝状噬菌体和粘性末端质粒(粘粒)、病毒等.载体具有能自我复制;有可选择的,便于筛选、鉴定的遗传标记...

米易县15861008735： 克隆载体的定义是什么? - ？
闳缸泌淋： 就是能够通过限制性内切酶,将目的DNA片段整合进去,并且能够转入宿主细胞进行表达的生物DNA. 常见的有质粒,病毒,噬菌体等.

米易县15861008735： 钙离子载体由什么组成 - ？
闳缸泌淋： 英文单词vector ,在基因工程重组DNA技术中将DNA片段(目的基因)转移至受体细胞的一种能自我复制的DNA分子.三种最常用的载体是细菌质粒、噬菌体和细菌病毒和动植物病毒. 运载体 在基因操作过程中使用运载体有两个目的:一是...